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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum biologischen Stimulieren von Geweben, mit einer niederfrequenten Wechselspannungsquelle (14) und mindestens zwei inneren Elektroden (4, 5), die zur Anlage an oder zum Verbringen in den zu stimulierenden Gewebebereich bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eine (4) der inneren Elektroden (3, 4) eine elektrisch leitende Schicht (26; 33; 35) und einen zur Anlage an den zu stimulierenden Gewebebereich oder zum Verbringen in den genannten Gewebebereich bestimmten elektrisch leitenden Teil (11; 28) umfasst, dass der leitende Teil nut der leitenden Schicht mechanisch durch elektrisch isolierendes Material verbunden ist, dass die leitende Schicht über eine Diode (19) mit dem leitenden Teil (11;
28) elektrisch verbunden ist, dass mindestens zwei äussere Elektroden (2, 3) zum Anlegen an zu den inneren Elektroden (3, 4) benachbarte Hautbereiche vorhanden sind, dass ein HF-Oszillator (13) vorhanden ist, dessen HF-Signal mit dem Ausgangssignal der niederfrequenten Wechselspannungsquelle (14) amplitudenmodulierbar ist, dass der Ausgang des HF-Oszillators (13) an einen Impedanzwandler (15) angeschlossen ist und dass der Ausgang des Impedanzwandlers über Leiter (6, 7) mit den äusseren Elektroden (2, 3) verbindbar ist
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine innere Elektrode (4) eine elektrisch isolierende Schicht (25; 32; 34) aus Kunststoff, z. B.
Polyäthylen, aufweist, dass die elektrisch leitende Schicht eine auf der isolierenden Schicht aufgebrachte Metallschicht (26; 33; 35) ist, dass der zum Verbringen in den genannten Gewebebereich bestimmte Teil ein metallischer Stift (28) oder eine metallische Schraube (11) ist, und dass die genannte Diode (19) und der Kopf (29; 23) des Stiftes oder der Schraube in der elektrisch isolierenden Schicht eingebettet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei welcher der elektrisch leitende Teil (11; 28) eine Schraube (11) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (25) scheibenförmig ist und auf der der Schraube (11) abgewandten Seite einen Schlitz (27) für einen Schraubenzieher aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (34) sechskantig ausgebildet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die niederfrequente Wechselspannungsquelle ein NF-Oszillator (14) ist, dessen Frequenz von 1 bis 10 000 Hz einstellbar ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Oszillator (13) eine HF Ausgangsspannung mit der Frequenz von 100 bis 500 MHz erzeugt und eine Leistung von etwa 10 mW abgibt.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum biologischen Stimulieren von Geweben gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
In der deutschen Offenlegungsschrift 2 311 817 ist eine Einrichtung zur Heilung von komplizierten Knochenbrüchen, Trümmerfrakturen in Verbindung mit Weichteilschäden und zur Überwindung von Heilungsstörungen aufgrund von Pseudarthrosen und dergleichen beschrieben. Mit Hilfe dieser bekannten Einrichtung werden durch Magnetfeldinduktion bioelektrische Wechselpotentiale und -Ströme im defekten Gewebe erzeugt. Mit diesen Wechselpotentialen und -Strömen kann die Regeneration und das Knochenwachstum beschleunigt und in gewissen Fällen eine Heilung erreicht werden. Die bekannte Einrichtung enthält eine Spule, die in einer Gelenkprothese oder einem Osteosyntheseteil üblicher Art, wie einer Stützplatte oder einem Marknagel, zugeordnet ist.
In dieser Spule wird eine Wechselspannung durch ein Magnetfeld induziert, das durch eine äussere Spule erzeugt wird, die den die implantierte Spule enthaltenden Körperteil umgibt und durch einen Niederfrequenzgenerator mit einem niederfrequenten Wechselstrom gespeist wird. Die in der implantierten Spule induzierte niederfrequente elektrische Wechselspannung wird über Elektroden in Form von Knochenschrauben, Drähten oder an der Oberfläche des Implantates isoliert angeordnete Metallfolien im Gewebe zur Wirkung gebracht.
In der deutschen Patentschrift Nur. 2 611 744 ist eine Einrichtung zur Vitalerhaltung von Knochengewebe für Endoprothesen beschrieben. Diese bekannte Einrichtung besitzt einen in die Endoprothese eingebauten niederfrequenten Wechselstromgenerator und zwei Elektroden, die mit den Anschlüssen des Wechselspannungsgenerators verbunden und an einer zur Anlage an das Knochengewebe bestimmten Oberfläche der Endoprothese bestimmt sind. Der Wechselspannungsgenerator wird durch die Spule und einen darin federnd gelagerten Dauermagneten gebildet. Dieser Wechselspannungsgenerator liefert die für die Behandlung des Knochengewebes notwendige geringe Energie immer dann, wenn sich der Träger der Endoprothese bewegt.
Der erstgenannten Einrichtung haftet der Nachteil an, dass die äussere Spule nicht in allen Fällen an geeigneter Stelle angeordnet werden kann und somit im wesentlichen auf Endoprothesen in den Extremitäten beschränkt ist. Die zweitgenannte Einrichtung wird erst voll wirksam, nachdem der Patient wieder genesen ist und sich selbst bewegen kann.
Während der auf eine Operation folgenden Rekonvaleszenzzeit, während welcher der Patient meistens still liegt, wird deshalb nur eine beschränkte Wirkung erreicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, welche gestattet, die zur Behandlung des gewünschten Gewebebereiches notwendige Energie an jede beliebige Stelle eines Patienten von aussen her zu übertragen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindungsgegenstand ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung und die schematische Darstellung eines Teilstückes einer Extremität eines Lebewesens,
Fig. 2 das Ersatzschema der Anordnung gemäss der Fig. 1, Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines zur Einrichtung gehörenden besonderen Implantates im Schnitt, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Implantates im Schnitt,
Fig. 5 die schaubildliche Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles eines Implantates,
Fig. 6 die schematische Darstellung einer in einen Ober schenkeiknochen eingesetzten Endoprothese mit angelegten äusseren Elektroden, und
Fig.
7 die schematische Darstellung eines mit Hilfe von Implantaten reparierten Knochens und angelegten äusseren Elektroden.
In der Fig. list ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung zum biologischen Stimulieren eines Gewebebereiches schematisch dargestellt. Die Einrichtung umfasst eine elektrische Energiequelle 1, wenigstens zwei
äussere Elektroden 2 und 3 und wenigstens zwei innere Elektroden 4 und 5. Die äusseren Elektroden 2 und 3 sind über Leiter 6 bzw. 7 an die Energiequelle 1 angeschlossen. Zwischen den äusseren Elektroden 2 und 3 befindet sich ein schematisch dargestellter Körperteil 8, z. B. ein Oberarm.
Der Knochen 9 des Körperteiles 8 weist eine Bruchstelle 10 auf, wobei die gebrochenen Teile des Knochens 9 durch implantierte metallische Schrauben 11 und 12 mechanisch zusammengehalten werden. Die Schrauben 11 und 12 sind elektrisch mit den inneren Elektroden 4 bzw. 5 verbunden.
Die Energiequelle 1 umfasst einen Oszillator 13, der eine Frequenz im UKW-Bereich mit einer Leistung von PO > 10 dB bezogen auf 1 mW abgibt. Ein NF-Oszillator 14, vorzugsweise ein Funktionsgenerator, erzeugt eine NF-Spannung im Bereich von 1 bis 10000 Hz. Mit der NF-Spannung wird der HF-Oszillator 13 amplitudenmoduliert. Die so erhaltene amplitudenmodulierte HF-Spannung wird einem Impedanzanpassungstransformator 15 zugeführt. Die zum Betrieb des HF-Oszillators 13 und des NF-Oszillators 14 notwendige Gleichspannungsquelle ist nicht dargestellt. Diese Gleichspannungsquelle kann eine Batterie oder ein Netzgerät mit Gleichrichter sein.
Die Ausgänge des Impedanzanpassungstransformators 15 sind über die möglichst kurzen Leitungen 6 und 7 mit den äusseren Elektroden 2 bzw. 3 verbunden. Mit Hilfe des Impedanzanpassungstransformators 15 wird möglichst viel von der vom HF-Oszillator 13 abgegebenen amplitudenmodulierten HF-Leistung an die äusseren Elektroden 2 und 3 geliefert.
Das Funktionsprinzip der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Die rechte Hälfte der Fig. 2 zeigt das Ersatzschema der rechten Hälfte der Fig. 1, d. h.
des Körperteiles 8 mit den angelegten äusseren Elektroden 2 und 3, der implantierten Elektroden 4 und 5 und der in den Knochen 9 eingesetzten Schrauben 11 und 12. Der in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 16 versehene Kondensator wird durch die äussere Elektrode 2 und die innere Elektrode 4 und der mit 17 bezeichnete Kondensator wird durch die äussere Elektrode 3 und die innere Elektrode 5 gebildet. Mit dem Rechteck 18 ist das zu stimulierende Gewebe, d. h. im vorliegenden Fall das die Bruchstelle 10 umgebende Knochengewebe, angedeutet, in das die durch dicke Striche symbolisch angegebenen Schrauben 11 und 12 hineinragen. Die innere Elektrode 4 ist über eine Diode 19 mit der Schraube 11 verbunden, während die innere Elektrode 5 direkt mit der Schraube 12 elektrisch verbunden ist.
Die inneren Elektroden 4 und 5 und die Schrauben 11 und 12 sind vorteilhaft aus demselben Metall hergestellt, damit kein galvanisches Element entsteht.
Die Kapazität 20 des Ersatzschaltbildes wird durch die Schrauben 11 und 12 und das als Dielektrikum wirkende Knochengewebe gebildet. Widerstände 21 und 22 sind als Serieverlustwiderstand und als Parallelverlustwiderstand des durch das Knochengewebe gebildeten Dielektrikums zu betrachten.
Der zu stimulierende Gewebebereich reagiert nur auf Leistungsänderungen im NF-Bereich. Aus diesem Grunde wird die angelegte modulierte HF-Spannung mit Hilfe der Diode 19 gerade an Ort und Stelle der Anwendung gleichgerichtet, so dass im zu stimulierenden Bereich die demodulierte HF-Spannung, d. h. die NF-Spannung, wirksam wird.
Diese NF-Spannung liegt direkt an den Schrauben 11 und 12 an. Die modulierte HF-Spannung wird lediglich zur Übertragung der vom NF-Oszillator 14 erzeugten NF-Energie durch die den Knochen 9 umgebenden weichen Gewebeteile hindurch zu den Schrauben 11 und 12 benützt. Mit anderen Worten heisst dies, dass die stimulationsrelevante Energie durch die amplitudenmodulierte Hochfrequenz mit Hilfe der kapazitiven Kopplung der Kondensatoren 16 und 17 direkt in den Stimulationsbereich transportiert wird.
Die innere Elektrode 5 ist vorzugsweise eine mit wenigstens einem zentralen Loch versehene Metallscheibe. durch welches Loch sich die Schraube 12 erstreckt.
Eine Ausführungsform einer Elektrode 4 mit einer integrierten Schraube 12 ist in der Fig. 4 teilweise im Schnitt dargestellt, wobei die Dicke des Kopfteiles der Schraube 11 übertrieben gross dargestellt ist. Der Kopf der Schraube 11 ist sechskantförmig und besitzt eine Umfangsnut 24. Der Kopf 23 ist in einer Scheibe 25 aus einem mit dem Gewebe verträglichen Kunststoffs z. B. Polyäthylen. eingebettet. Auf der der Schraube 11 gegenüberliegenden Seite der Scheibe 25 befindet sich eine dünne Metallschicht 26 welche die Elektrode 4 bildet. Die Metallschicht 26 kann eine aufgeklebte Folie oder direkt aufgedampft sein. In dem Kunststoff 25 eingebettet ist die Diode 19, deren Anschlüsse einerseits mit der Metallschicht 26 und andererseits mit dem Kopf 24 der Schraube 11 verschweisst oder verlötet sind.
Auf der der Schraube 11 abgewandten Seite der Scheibe 25 kann ein nicht durchgehender Schlitz 27 vorhanden sein, der gestattet, die Schraube 11 mit Hilfe eines Schraubenziehers, z. B. in den Knochen 9, einzuschrauben. Die Diode 19 kann eine Beam-Leam-Lead-Diode oder eine Schottky-Diode sein.
Für gewisse Fälle genügt es, wenn anstelle einer Schraube nur ein Stift 28 vorgesehen ist. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 dargestellt. Der Kopf 29 des Stiftes 28 besitzt eine Umfangsnut 30 sowie eine achsial verlaufende Sackbohrung 31, in der die Diode 19 angeordnet ist. Der Kopf 29 samt der Diode 19 sind in eine Scheibe 32 aus Kunststoff, z. B. Polyäthylen, eingebettet. Auf der dem Stift 28 abgewandten Seite der Scheibe 32 ist eine Metallschicht 33 angeordnet, welche die Elektrode 4 bildet. Die Anschlüsse der Diode sind einerseits mit der Metallschicht 33 und andererseits mit dem Kopf 29 des Stiftes 28 verlötet.
Die Fig. 5 zeigt die schaubildliche Darstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels einer Schraube 11. deren Kopf in eine Kunststoffscheibe 34 eingebettet ist. Auf der der Schraube 11 abgewandten Seite der Kunststoffscheibe 34 ist eine als Elektrode 4 dienende Metallschicht 35 aufgebracht. Die Form der Kunststoffscheibe 34 ist sechskantförmig. so dass die Schraube 11 mit Hilfe eines nicht dargestellten Gabelschlüssels beispielsweise in den Knochen 9 eingeschraubt werden kann. Im Innern der Kunststoffscheibe 34 ist auch die in der Fig. 5 nicht sichtbare Diode 19 eingebettet.
Die Fig. 6 zeigt schematisch ein weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung. Der Schaft 36 einer Hüftgelenkkopfprothese 37 ist in einen entsprechend abgeschnittenen Oberschenkelknochen 38 eingesetzt. Zum Fördern des Einwachsens des Schaftes 36 in den Oberschenkelknochen 38 und zum Verhindern einer späteren Devitalisierung des an den Prothesenschaft 36 anliegenden Knochenbereiches wird gleichzeitig eine in der Fig. 3 dargestellte innere Elektrode 4 implantiert. In diesem Fall wird der in der Fig. 2 dargestellte Kondensator 16 durch die äussere Elektrode 2 und die innere Elektrode 4 gebildet, welche die Metallschicht 33 umfasst. Der Stift 28 der inneren Elektrode 4 ist über die in der Fig. 6 nicht dargestellte Diode 19 mit der Metallschicht 33 verbunden.
Der andere Kondensator 17 wird durch die äussere Elektrode 3 und den Schaft 36 der Hüftgelenkkopfprothese 37 gebildet. Auf diese Weise kann der den Stift 28 umgebende und zum Schaft 36 benachbarte Knochengewebebereich stimuliert werden. Falls notwendig können mehrere innere Elektroden 4 vorgesehen werden. um weitere Knochengewebebereiche zu stimulieren. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Stimulationsenergie mit Hilfe der HF-Schwingungen zum zu stimulierenden Ge webebereich transportiert und dort demoduliert, so-dass der betreffende Gewebebereich mit der zwischen dem Stift 28 und dem Schaft 36 auftretenden NF-Spannung stimuliert wird.
Das in der Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt schematisch ein Teilstück eines Unterschenkels 39, dessen Unterschenkelknochen 40 zwei Bruchstellen 41 und 42 aufweist. Der durch die genannten Bruchstücke vom Unterschenkelknochen 40 abgetrennte Teil 43 ist durch die Schrauben 11 bzw. 12 wieder am Unterschenkelknochen 40 befestigt worden. Die Schraube 11 und die Schraube 12 sind exzentrisch in der Kunststoffscheibe 25' bzw. in der metallischen Scheibe 44 angeordnet, damit zwischen der Metallschicht 26' der inneren Elektrode 4 und der Scheibe 44, die als innere Elektrode 5 dient, ein möglichst grosser Abstand gewahrt werden kann. Bei diesem Anwendungsbeispiel wirken die äussere Elektrode 2 und die Metallschicht 26' der inneren Elektrode 4 als Kondensator 16 sowie die äussere Elektrode 3 und die metallische Scheibe 14 als Kondensator 17, siehe Fig. 2.
Der grosser Vorteil der oben beschriebenen Einrichtung ist, dass mit Ausnahme der inneren Elektrode 4, welche die Diode 19 aufweist, die übrigen Implantate in ihrer Form belassen werden können. An diesen Implantaten sind keine Änderungen notwendig.
Obwohl bei den oben beschriebenen Anwendungsbeispielen Knochengewebe stimuliert wird, ist die Stimulierung nicht nur auf Knochengewebe beschränkt, sondern es können auch Muskeln und andere Organe stimuliert werden.
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PATENT CLAIMS
1. Device for the biological stimulation of tissues, with a low-frequency AC voltage source (14) and at least two inner electrodes (4, 5), which are intended to be placed on or to be brought into the tissue region to be stimulated, characterized in that the one (4th ) of the inner electrodes (3, 4) an electrically conductive layer (26; 33; 35) and an electrically conductive part (11; 28) intended for contact with the tissue area to be stimulated or for placement in said tissue area, that the conductive Part of the conductive layer is mechanically connected by electrically insulating material such that the conductive layer is connected to the conductive part (11;
28) is electrically connected, that there are at least two outer electrodes (2, 3) for application to skin areas adjacent to the inner electrodes (3, 4), that there is an HF oscillator (13) whose HF signal is connected to the Output signal of the low-frequency AC voltage source (14) can be amplitude-modulated, that the output of the RF oscillator (13) is connected to an impedance converter (15) and that the output of the impedance converter is connected to the outer electrodes (2, 3) via conductors (6, 7) is connectable
2. Device according to claim 1, characterized in that the one inner electrode (4) has an electrically insulating layer (25; 32; 34) made of plastic, for. B.
Polyethylene, the electrically conductive layer is a metal layer (26; 33; 35) applied to the insulating layer, the part intended to be brought into said tissue area is a metallic pin (28) or a metallic screw (11), and that said diode (19) and the head (29; 23) of the pin or screw are embedded in the electrically insulating layer.
3. Device according to claim 2, wherein the electrically conductive part (11; 28) is a screw (11), characterized in that the electrically insulating layer (25) is disc-shaped and on the side facing away from the screw (11) a slot (27) for a screwdriver.
4. Device according to claim 2, characterized in that the electrically insulating layer (34) is hexagonal.
5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the low-frequency AC voltage source is an LF oscillator (14) whose frequency is adjustable from 1 to 10,000 Hz.
6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the RF oscillator (13) generates an RF output voltage with the frequency of 100 to 500 MHz and outputs a power of about 10 mW.
The invention relates to a device for the biological stimulation of tissues according to the preamble of patent claim 1.
German Offenlegungsschrift 2 311 817 describes a device for healing complicated bone fractures, comminuted fractures in connection with soft tissue damage and for overcoming healing disorders due to pseudarthrosis and the like. With the aid of this known device, bioelectric alternating potentials and currents are generated in the defective tissue by magnetic field induction. With these alternating potentials and currents, regeneration and bone growth can be accelerated and, in certain cases, healing can be achieved. The known device contains a coil which is assigned in a joint prosthesis or an osteosynthesis part of a conventional type, such as a support plate or an intramedullary nail.
In this coil, an alternating voltage is induced by a magnetic field, which is generated by an outer coil which surrounds the body part containing the implanted coil and is fed with a low-frequency alternating current by a low-frequency generator. The low-frequency electrical alternating voltage induced in the implanted coil is brought into effect via electrodes in the form of bone screws, wires or metal foils arranged in isolation on the surface of the implant in the tissue.
In the German patent specification Nur. 2 611 744 describes a device for the vital maintenance of bone tissue for endoprostheses. This known device has a low-frequency alternating current generator built into the endoprosthesis and two electrodes which are connected to the connections of the alternating voltage generator and are intended on a surface of the endoprosthesis intended for contact with the bone tissue. The AC voltage generator is formed by the coil and a permanent magnet resiliently mounted therein. This AC voltage generator always delivers the low energy necessary for the treatment of the bone tissue when the wearer of the endoprosthesis is moving.
The former device suffers from the disadvantage that the outer coil cannot be arranged in a suitable place in all cases and is therefore essentially limited to endoprostheses in the extremities. The second-mentioned device only becomes fully effective after the patient has recovered and can move himself.
During the convalescence period following an operation, during which the patient mostly lies still, only a limited effect is achieved.
It is an object of the invention to provide a device which allows the energy required for the treatment of the desired tissue area to be transmitted from the outside to any place of a patient.
The device according to the invention is characterized by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.
Further embodiments are defined in the dependent claims.
The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show it
1 is a block diagram of an embodiment of the device according to the invention and the schematic representation of a portion of an extremity of a living being,
2 shows the replacement diagram of the arrangement according to FIG. 1, FIG. 3 shows a first embodiment of a special implant belonging to the device in section, FIG. 4 shows a second embodiment of an implant in section,
5 shows the diagrammatic representation of a third exemplary embodiment of an implant,
Fig. 6 is a schematic representation of an endoprosthesis used in an upper leg bone with applied external electrodes, and
Fig.
7 shows the schematic representation of a bone repaired with the aid of implants and applied external electrodes.
An exemplary embodiment of the device according to the invention for the biological stimulation of a tissue area is shown schematically in FIG. The device comprises an electrical energy source 1, at least two
outer electrodes 2 and 3 and at least two inner electrodes 4 and 5. The outer electrodes 2 and 3 are connected to the energy source 1 via conductors 6 and 7, respectively. Between the outer electrodes 2 and 3 there is a schematically illustrated body part 8, z. B. an upper arm.
The bone 9 of the body part 8 has a breaking point 10, the broken parts of the bone 9 being held together mechanically by implanted metallic screws 11 and 12. The screws 11 and 12 are electrically connected to the inner electrodes 4 and 5, respectively.
The energy source 1 comprises an oscillator 13 which emits a frequency in the FM range with a power of PO> 10 dB based on 1 mW. An LF oscillator 14, preferably a function generator, generates an LF voltage in the range from 1 to 10000 Hz. The HF oscillator 13 is amplitude modulated with the LF voltage. The amplitude-modulated RF voltage thus obtained is fed to an impedance matching transformer 15. The DC voltage source necessary for the operation of the RF oscillator 13 and the NF oscillator 14 is not shown. This DC voltage source can be a battery or a power supply unit with a rectifier.
The outputs of the impedance matching transformer 15 are connected to the outer electrodes 2 and 3 via the shortest possible lines 6 and 7. With the help of the impedance matching transformer 15, as much as possible of the amplitude-modulated RF power output by the RF oscillator 13 is delivered to the outer electrodes 2 and 3.
The operating principle of the device shown schematically in FIG. 1 is described below with reference to FIGS. 1 and 2. The right half of FIG. 2 shows the replacement diagram of the right half of FIG. 1, i. H.
of the body part 8 with the applied outer electrodes 2 and 3, the implanted electrodes 4 and 5 and the screws 11 and 12 inserted in the bones 9. The capacitor provided with the reference numeral 16 in FIG. 2 is replaced by the outer electrode 2 and inner electrode 4 and the capacitor designated 17 is formed by the outer electrode 3 and the inner electrode 5. With the rectangle 18, the tissue to be stimulated, i.e. H. in the present case the bone tissue surrounding the fracture 10 is indicated, into which the screws 11 and 12 symbolically indicated by thick lines protrude. The inner electrode 4 is connected to the screw 11 via a diode 19, while the inner electrode 5 is directly connected to the screw 12.
The inner electrodes 4 and 5 and the screws 11 and 12 are advantageously made of the same metal, so that no galvanic element is created.
The capacitance 20 of the equivalent circuit diagram is formed by the screws 11 and 12 and the bone tissue acting as a dielectric. Resistors 21 and 22 are to be regarded as series loss resistance and as parallel loss resistance of the dielectric formed by the bone tissue.
The tissue area to be stimulated only reacts to changes in performance in the NF area. For this reason, the applied modulated RF voltage is rectified with the aid of the diode 19 just at the point of use, so that in the area to be stimulated the demodulated RF voltage, i. H. the LF voltage becomes effective.
This LF voltage is applied directly to the screws 11 and 12. The modulated RF voltage is only used to transmit the AF energy generated by the AF oscillator 14 through the soft tissue parts surrounding the bone 9 to the screws 11 and 12. In other words, this means that the stimulation-relevant energy is transported directly into the stimulation area by the amplitude-modulated radio frequency with the aid of the capacitive coupling of the capacitors 16 and 17.
The inner electrode 5 is preferably a metal disk provided with at least one central hole. through which hole the screw 12 extends.
An embodiment of an electrode 4 with an integrated screw 12 is partially shown in section in FIG. 4, the thickness of the head part of the screw 11 being shown in an exaggerated manner. The head of the screw 11 is hexagonal and has a circumferential groove 24. The head 23 is in a disc 25 made of a plastic compatible with the fabric, for. B. polyethylene. embedded. On the side of the disk 25 opposite the screw 11 there is a thin metal layer 26 which forms the electrode 4. The metal layer 26 can be a glued-on film or can be vapor-deposited directly. Embedded in the plastic 25 is the diode 19, the connections of which are welded or soldered to the metal layer 26 on the one hand and to the head 24 of the screw 11 on the other hand.
On the side of the disk 25 facing away from the screw 11, there may be a non-continuous slot 27 which allows the screw 11 to be screwed in with the aid of a screwdriver, e.g. B. screwed into the bone 9. The diode 19 can be a beam-leam lead diode or a Schottky diode.
For certain cases, it is sufficient if only one pin 28 is provided instead of a screw. Such an embodiment is shown in FIG. 3. The head 29 of the pin 28 has a circumferential groove 30 and an axially extending blind hole 31 in which the diode 19 is arranged. The head 29 together with the diode 19 are in a disk 32 made of plastic, for. B. polyethylene, embedded. A metal layer 33, which forms the electrode 4, is arranged on the side of the disk 32 facing away from the pin 28. The connections of the diode are soldered on the one hand to the metal layer 33 and on the other hand to the head 29 of the pin 28.
5 shows the diagrammatic representation of a further example of a screw 11, the head of which is embedded in a plastic disk 34. On the side of the plastic disk 34 facing away from the screw 11, a metal layer 35 serving as an electrode 4 is applied. The shape of the plastic disc 34 is hexagonal. so that the screw 11 can be screwed into the bone 9, for example, using a fork wrench, not shown. The diode 19 (not visible in FIG. 5) is also embedded in the plastic disc 34.
6 schematically shows a further application example of the device according to the invention. The shaft 36 of a hip joint prosthesis 37 is inserted into a correspondingly cut thigh bone 38. In order to promote the ingrowth of the shaft 36 in the thigh bone 38 and to prevent later devitalization of the bone area adjacent to the prosthesis shaft 36, an inner electrode 4 shown in FIG. 3 is implanted at the same time. In this case, the capacitor 16 shown in FIG. 2 is formed by the outer electrode 2 and the inner electrode 4, which comprises the metal layer 33. The pin 28 of the inner electrode 4 is connected to the metal layer 33 via the diode 19 (not shown in FIG. 6).
The other capacitor 17 is formed by the outer electrode 3 and the shaft 36 of the femoral head prosthesis 37. In this way, the bone tissue area surrounding the pin 28 and adjacent to the shaft 36 can be stimulated. If necessary, several inner electrodes 4 can be provided. to stimulate other areas of bone tissue. In this exemplary embodiment, too, the stimulation energy is transported with the aid of the HF vibrations to the tissue region to be stimulated and demodulated there, so that the tissue region in question is stimulated with the LF voltage occurring between the pin 28 and the shaft 36.
The exemplary embodiment shown in FIG. 7 schematically shows a section of a lower leg 39, the lower leg bone 40 of which has two breaking points 41 and 42. The part 43 separated from the lower leg 40 by the aforementioned fragments has been fastened again to the lower leg 40 by the screws 11 and 12, respectively. The screw 11 and the screw 12 are arranged eccentrically in the plastic disk 25 'or in the metallic disk 44, so that the greatest possible distance is maintained between the metal layer 26' of the inner electrode 4 and the disk 44, which serves as the inner electrode 5 can be. In this application example, the outer electrode 2 and the metal layer 26 ′ of the inner electrode 4 act as a capacitor 16 and the outer electrode 3 and the metallic disk 14 as a capacitor 17, see FIG. 2.
The great advantage of the device described above is that, with the exception of the inner electrode 4, which has the diode 19, the other implants can be left in their shape. No changes are necessary on these implants.
Although bone tissue is stimulated in the application examples described above, the stimulation is not limited to bone tissue, but muscles and other organs can also be stimulated.